激光焊接机器人焊缝跟踪方法.doc

激光焊接机器人焊缝跟踪控制方法陈智龙120160033摘要：当前激光焊接机器人在实际的工业生产中应用的越来越广泛，在汽车制造业以及其他机器制造业激光焊接机器人在生产中的作用也越来越大。如何提高焊接机器人的焊缝精度问题以及控制焊缝轨迹已成为激光焊接机器人发展的首要难题。关键词：激光焊接机器人；焊缝轨迹；控制0引言激光作为焊接和切割的新手段应用于工业制造，具有很大发展潜力。在国际汽车工业领域，激光加工技术已广泛得到了应用，激光切割与焊接逐渐成为标准的汽车车身生产工艺．国内也已积极推广应用，但目前主要还是以引进成套激光加工设备为主，用于激光钎焊、激光渗透焊、激光对接焊、白车身激光三维切割和激光金属零件表面热处理[1].由于成本考虑，有些汽车厂家则直接进口国外激光加工的零部件．为提升我国汽车制造的技术能力，我们应依靠国内技术能力，自主创新，在更广范围和更深层次上，加快激光加工在制造业的应用发展．车身在整车制造中占有重要地位，不仅车身成本占整车的40％～50﹪，而且对汽车安全、节能、环保和快速换型有重要影响。人口老龄化不断逼近，各制造业工厂着手进行技术改造工程设计，采用了许多工业机器人，以提高生产线的柔性程度为基础，为制造厂家提供了生产产品多样化，更新转型的可能性．以上汽大众汽车车身生产车间为例，机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、激光焊、打磨、滚边、涂胶等工作．有的工位上把上件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人能完成多个工序，实现多品种、不同批量的生产自动化．采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车身成品可在一条车身装焊生产线上制造，实现多车型混线生产．因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变，具有较高的柔性程度[2]。由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的必然趋势，特别是进入上世纪90年代以后，各大汽车厂家都在考虑车身焊接生产线柔性化。1激光焊接与自动控制技术焊接机器人在汽车装焊生产线上采用的数量及机器人类型（载荷能力、自由度数、工作方式等），反映焊接生产线柔性程度和生产水平。为充分发挥激光加工精益、敏捷和柔性的技术优势，基于激光的安全特性，以工业机器人为基础，将激光设备与工业机器人、安全工作场所进行软硬件耦合是激光技术工业应用的解决方案。在汽车生产工厂，一个比较完整的激光焊工位包含的主要设备有8种：Laserline激光源、Fnius送丝机构、高精度KUKA机器人、Scansonic-ALO自适应激光加工镜头、QS400激光加工镜组防撞系统、LLK激光光缆、Rediel加工镜头外部冷却设备、Herding激光工位除尘设备．这么多的关键设备，是如何将其通过工业自动控制联系到一起，使其能够自如地按照人们的思想进行生产呢？高精度KUKA机器人是个关键点．KUKA机器人是一种多用途的机器人，具有良好的加速性能，重复精度可达±0.35mm，因此，它广泛应用在汽车行业进行自动焊接方。KUKA机器人之所以是激光焊接众多设备投入工业生产的关键，是因为在PLC控制柜和机器人附属设备之间通过IBS卡（见图1）起了呈上启下的作用，IBS卡安装在KUKA-PC主板PCI卡槽上，有Slave卡和Master卡两张卡片耦合而成.在Laser-line激光发生器中，与PLC/KUKA的通讯模块同样以Interbus为基础（见图2）.图一KUKA工业机器人IBS卡图二Lserline激光发生器IBS模板2焊缝跟踪的原理及方法机器人视觉伺服控制[3]是当今智能机器人研究和发展的一个重要领域。与传统的机器人控制方法相比，机器人视觉伺服控制具有精度高实时性好、灵活性高等众多优点，在工业中得到更多的关注与应用，驱使机器人技术向智能化方向发展。机器人视觉伺服控制因其自身的优越性而在众多领域中得以应用，其中在机器人焊缝跟踪领域应用最广泛。目前，基于视觉传感器的机器人焊缝跟踪控制方法主要包括两种：视觉示教跟踪与自动跟踪。视觉示教跟踪指的是预先通过视觉传感器检测焊缝位置信息，然后指导离线编程系统完成轨迹规划。但是该方法不能消除在焊接过程中因热变形而产生的动态误差，因此容易导致跟踪性能不佳。对于传统的自动跟踪方法，机器人能够通过视觉传感器感知外部环境的变化，实时地调整自身姿态和运动方向以较好地完成跟踪任务。国内外的学者已经在这方面进行了较多的研究。例如，Liu提出了一种基于激光视觉的机器人实时焊缝跟踪方法[4]，Ma提出了一种针对薄板对焊的焊缝跟踪方法。这些方法都表现出了较好的跟踪精度和稳定性，可是这些方法都只是适用于低速和焊缝近似为直线型的情况，在高速和焊缝为锯齿形等非纯直线型的情况下并没有进行讨论[5]。关于控制方法鲁棒性的研究，Kim曾指出一种具有鲁棒性的基于